物理化学实验(思政案例版)

物理化学实验是化学实验学科的重要分支，它综合运用物理和化学领域的一些重要实验技术、手段和数学运算方法，来研究物质的物理化学性质以及这些物理化学性质与化学反应之间的关系。物理化学实验课程对学生验证和理解化学学科基本理论，掌握、运用化学研究中的基本物理实验方法和技能，训练科学实验方法，提升分析解决实际问题的能力，培养科学思维和科学素养，建立科学的世界观和方法论等方面发挥着重要作用，为化学及与化学相关专业本科生的日后深造学习和工作奠定重要基础。 
本书是天津大学理学院应用化学专业国家级一流本科专业建设成果教材，是在多年使用的物理化学实验相关教材和讲义的基础上，结合新形势下高等教育实验教学的要求和需求编写而成。与同类教材相比，本书具有以下几方面的特色： 
(1)以立德树人、三全育人、五育并举为指导思想，从物理化学实验的教学内容和实践特征出发，深入挖掘思政元素，并将思政元素融入教材编写。本书为实验部分的每一章(第三～七章)专门撰写了思政引言，全书为每一个实验提供了与其密切相关的思政案例，并以新形态媒体形式融入教材。通过“如盐入水”的思政文化素材，将社会主义核心价值观引导寓于知识传授和技能培养中，为培养热爱祖国、具有民族自豪感的有文化、懂技术的社会主义专业人才和具有工匠精神、创新能力的社会主义建设人才发挥积极促进作用，也为高等学校物理化学实验教师开展课程思政教学提供重要的参考资料，以期本教材能够发挥“培根铸魂，启智增慧”的作用。 
(2)科学地处理和表达实验数据在物理化学实验能力训练中具有重要的作用，本书给出了全部十八个实验的典型案例作为示范。实验案例能起到使学生直观学习的示范作用，也为实验教师提供重要的教学参考。目前物理化学实验教材少有给出具体实验的典型案例。本书编写队伍中有多位长期从事物理化学实验教学和实验准备工作的工程师，通过反复实验获得了每一个实验的可靠数据，并撰写了相关的实验案例。这些案例将为物理化学实验教与学发挥重要的参考和辅助作用。 
(3)在实验内容中设置了实验探讨与拓展部分。在此部分中，我们根据多年来的实践教学经验，总结了学生在实验中可能遇到的问题和疑惑，对这些问题进行了详细深入的分析讨论；同时设置了与实验密切相关的拓展知识内容，拓宽学生的视野和知识面。 
(4)以新形态媒体形式为读者提供视频演示资料。根据教学经验，我们将本书实验操作的难点和关键点录制成1～3分钟实验操作演示视频，借助新媒体的方式，学生通过扫描二维码，即可观看这些短小的视频，方便学生更好地掌握实验操作要点。 
本书由天津大学联合其对口支援高校青海民族大学共同编写，由天津大学朱莉娜教授主编，青海民族大学李海朝教授和天津大学沈海云工程师副主编，参与本书编写的还有天津大学的张兵教授、于曦教授、于一夫教授、冯霞副教授、陈丽副教授、邵松雪工程师、王海媛工程师和邱丽娟工程师，青海民族大学的张世芝教授、解玉龙教授和林泽中讲师。本书内容主要包含三部分，其中，实验安全知识和实验数据的科学表达与处理部分由朱莉娜撰写，李海朝审阅修改；实验部分，实验一～实验八、实验十一、实验十二、实验十四～实验十八主要由朱莉娜、沈海云、邵松雪、王海媛、邱丽娟、于曦撰写，实验九、实验十、实验十三由张世芝、解玉龙撰写，冯霞审阅修改热力学实验，陈丽审阅修改相平衡和电化学实验，张兵、于一夫审阅修改动力学和表面与胶体实验，思政文化素材的搜集和撰写主要由沈海云和朱莉娜完成，李海朝进行了审阅修改；实验附录部分，主要由邵松雪完成，林泽中进行审阅修改。全书由朱莉娜统稿。 
本书为天津大学“十四五”规划教材。本书的出版获得了天津大学化学一流学科建设经费、青海民族大学化学学科建设经费以及天津大学思政教改经费资助，在此对相关单位表示感谢。在本书编写过程中，特别感谢化学工业出版社的责任编辑为本书的编写多次提出了建设性的宝贵建议；也感谢天津大学的唐向阳教授、李松林教授、刘俊吉教授和马骁飞教授对本书编写提供的建议与支持。同时在编写过程中本书还参阅了本校及其他院校已出版的教材和有关著作，从中借鉴了许多有益的内容，在此对相关编者和作者表示感谢。 
由于编者水平有限，疏漏和错误之处在所难免，希望广大读者予以批评指正。 

编者 
2023年3月于北洋园 

第一章　物理化学实验安全知识 　 1 
第一节 消防和用电安全  1 
第二节 化学药品和汞的使用安全  3 
第三节 高温装置和气体钢瓶的使用安全  4 
第四节 实验室一般伤害的应急处置  5 
第五节 物理化学实验规则和实验室安全规则  6 

第二章　物理化学实验数据的科学表达与处理 　 8 
第一节 物理化学实验数据的科学表达  8 
第二节 利用计算机处理物理化学实验数据  14 
第三节 物理化学实验报告构成  27 

第三章　热力学实验 　 28 
实验一 恒温槽的调节及黏度测定  28 
实验二 凝固点降低法测定摩尔质量  36 
实验三 反应焓的测定  43 
实验四 燃烧热的测定  51 
实验五 平衡常数的测定  62 

第四章　相平衡实验 　 68 
实验六 液体饱和蒸气压的测定  69 
实验七 二组分液相完全互溶系统的沸点-组成图  74 
实验八 二组分凝聚系统相图  80 

第五章　电化学实验 　 89 
实验九 弱酸解离常数的测定  90 
实验十 电导法测定难溶盐的溶解度  93 
实验十一 原电池热力学  96 
实验十二 金属的钝化行为和极化曲线的测定  103 

第六章　动力学实验 　 110 
实验十三 蔗糖水解反应速率常数的测定  110 
实验十四 过氧化氢催化分解反应动力学  114 
实验十五 乙酸乙酯皂化反应速率常数和活化能的测定  122 

第七章　表面与胶体实验 　 130 
实验十六 最大泡压法测定溶液的表面张力  130 
实验十七 表面活性剂的类型鉴别及临界胶束浓度的测定  137 
实验十八 溶胶的制备、ζ 电势与电解质聚沉值的测定  143 

附录一　通用技术和仪器 　 149 
附录1-1 真空技术  149 
附录1-2 压力的测定  154 
附录1-3 温度的测量  160 
附录1-4 阿贝折射仪  166 
附录1-5 电导率仪  169 
附录1-6 UJ-25型电位差计  172 
附录1-7 电化学工作站  175 
附录1-8 旋光仪  179 

附录二　常用数据表 　 182 
附录2-1 水在不同温度下的黏度  182 
附录2-2 水和乙醇在不同温度下的密度  182 
附录2-3 摩尔凝固点降低常数  183 
附录2-4 KCl在不同温度下的摩尔溶解焓  183 
附录2-5 不同温度下水和乙醇的折射率  183 
附录2-6 25℃一些弱酸、 弱碱的解离常数  184 
附录2-7 一些离子在水溶液中的无限稀释摩尔电导率  185 
附录2-8 不同浓度KCl标准溶液的电导率  185 
附录2-9 25℃水溶液中一些电极的标准电极电势  186 
附录2-10 微溶化合物的溶度积  187 
附录2-11 水在不同温度下的饱和蒸气压  189 
附录2-12 水在不同温度下的表面张力  190 

参考文献 　 191 

微课视频及拓展阅读目录 
3-1 电接点温度计使用方法视频  31 
3-2 乌氏黏度计使用方法视频  32 
3-3 中国古代热学思想  34 
3-4 黄子卿——第一个精测水三相点的物理化学家  40 
3-5 数字贝克曼温度计使用方法视频  46 
3-6 火箭动力与飞天梦  49 
3-7 压片和氧弹充氧操作视频  53 
3-8 可燃冰——未来能源之星  59 
3-9 真空系统的使用及检漏操作视频  64 
3-10 浅谈化学平衡中的哲学思想  66 
4-1 热力学第二定律史话  73 
4-2 阿贝折射仪使用方法视频  76 
4-3 蒸馏与精馏  78 
4-4 青铜器与 《考工记》  84 
5-1 酸碱理论的发展——否定之否定才是科学道路  92 
5-2 “绿水青山就是金山银山”  95 
5-3 原电池测定线路连接视频  98 
5-4 原电池标准化操作视频  98 
5-5 电池电动势测定视频  98 
5-6 “天问一号” 火星车的能量源泉  100 
5-7 电极处理及极化曲线测定方法视频  106 
5-8 先进防腐蚀技术为港珠澳大桥保驾护航  107 
6-1 路易斯·巴斯德分离手性酒石酸盐  113 
6-2 润湿皂膜流量计操作视频  117 
6-3 过氧化氢反应系统气密性检查视频  117 
6-4 纳米酶——酶家族的新成员  120 
6-5 超冷化学  127 
7-1 古人对表面现象和表面活性剂的认识和利用  136 
7-2 表面活性剂类型鉴别实验视频  140 
7-3 大庆油田从石头缝“洗” 出千万吨原油  142 
7-4 界面移动法测定胶体电动势视频  145 
7-5 豆腐与刘安  147